深入理解微电子电路设计

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出版者:清华大学出版社
作者:Richard C. Jaeger
出品人:
页数:1369
译者:宋廷强
出版时间:2020-6
价格:198
装帧:平装
isbn号码:9787302546948
丛书系列:
图书标签:
  • 硬件
  • 电路
  • 微电子
  • 电路设计
  • 模拟电路
  • 数字电路
  • 集成电路
  • 电子工程
  • 半导体
  • EDA
  • 电路分析
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具体描述

本书系统论述了微电子电路的基本知识及其应用,全书共分为18章,涵盖了固态电子学与器件、数字电路和模拟电路三部分知识体系,通过本书的学习,读者可以全面了解现代电子设计技术、模拟电路、数字电路及分立电路和集成电路。在固态电子学与器件部分,主要介绍了电子学的基本原理及固态电子学基础、二极管的i-V特性及晶体管的SPICE模型等内容,给出了电路设计中常用的*差情况分析、蒙特卡洛分析等主要分析方法。在数字电路部分,作者着重讲解了逻辑电路的基本概念,对NMOS、CMOS、MOS存储电路及双极型数字逻辑电路都进行了详细的讲解。在模拟电路部分,从放大器入手,详细介绍了放大器相关概念、二端口模型、反馈放大器频率响应、小信号建模、单晶体管放大器、差分放大器、反馈放大器及振荡器等内容。

(1)注重方法: 本书从工程角度定义了9步问题求解方法,定义清晰,书中的大量设计实例都是采用该方法进行求解,有助于读者加深对相关电路设计的理解与掌握。

(2)注重实践: 书中每章都提供了大量的设计实例,*后都会给出专门的设计习题、计算机习题和SPICE习题,并提供在线的习题指导。

(3)软件仿真: 本书注重电子技术的运用,采用计算机作为辅助工具,包括利用MATLAB、电子表格或者利用高级语言来开发设计选项,许多电路设计都提供了SPICE仿真模型,便于对所设计电路进行性能上的模拟验证。

(4)内容全面: 本书既有微电子电路相关的基础概念、分析方法,也有电子电路相关的特性、分析及设计,内容由浅入深,前后连贯,能够激发读者学习兴趣,启迪创新思想。

好的,这是一本关于现代材料科学前沿研究的图书简介,内容详尽,旨在深入探讨高新技术领域中的关键材料与应用。 --- 《先进功能材料的界面调控与性能演化》 图书简介 在当代科技飞速发展的浪潮中,新材料的发现与应用已成为推动信息技术、能源存储、生物医药等关键领域进步的核心驱动力。本书《先进功能材料的界面调控与性能演化》汇集了材料科学、凝聚态物理及化学工程交叉领域的最新研究成果,聚焦于如何通过精确控制材料内部及不同材料之间的界面结构,实现宏观性能的突破性提升。 本书不仅仅是对现有材料性能的简单罗列,而是深入剖析了从原子尺度到宏观尺度的多尺度耦合机制,旨在为研究人员和工程师提供一套系统的理论框架和实验方法论。 第一部分:基础理论与界面结构 本书首先建立了一套严谨的理论基础,用以描述功能材料的固有属性及其在复杂环境下的行为。 第一章:功能材料的分类与设计哲学 本章详细阐述了当前功能材料的几大主要类别,包括磁性材料、铁电/压电材料、拓扑绝缘体以及高熵合金等。重点讨论了“按需设计”的材料学新范式,即如何根据目标应用场景,反向推导所需的晶体结构、电子态和缺陷工程策略。讨论了吉布斯自由能最小化原理在材料稳定性和相变过程中的应用,并引入了构效关系(Structure-Property Relationship)的量化模型。 第二章:多尺度界面表征技术 界面是决定材料性能的关键区域,其结构和化学梯度往往比材料主体更为复杂。本章系统介绍了用于解析原子级界面的先进表征技术。 高空间分辨率技术: 深入探讨了球差校正透射电镜(STEM)在原子层成像中的应用,特别是EELS(电子能量损失谱)和EDS(能量色散X射线谱)在界面化学态分析中的定量方法。 表面敏感技术: 详细论述了X射线光电子能谱(XPS)、俄歇电子能谱(AES)以及二次离子质谱(SIMS)在分析界面缺陷、氧化还原态和扩散趋势中的优势与局限。 同步辐射与中子散射: 阐述了如何利用高能同步辐射光源进行原位(In-situ)和非原位(Operando)测试,以实时捕捉材料在应力、温度或电场作用下的界面动态演化过程。 第三章:理论计算在界面工程中的应用 本部分聚焦于密度泛函理论(DFT)及更高阶的第一性原理计算,用以预测和解释界面现象。详细介绍了超胞模型的构建,以及如何通过计算界面结合能、能带失配和费米能级钉扎效应来指导实验设计。此外,还引入了分子动力学模拟(MD)在研究界面扩散、弛豫过程及热力学稳定性方面的应用。 第二部分:界面调控策略与性能优化 本部分是本书的核心,详细阐述了通过对界面进行主动或被动的调控,以实现特定宏观功能的技术路径。 第四章:异质结的电子耦合与能带工程 异质结是实现功能叠加和新奇物理现象的基石。本章集中讨论了不同材料体系(如半导体/半导体、金属/绝缘体、拓扑材料/传统材料)异质结的构建。重点分析了晶格失配和化学键合如何影响界面处的电子结构。引入了电荷转移模型来量化界面势垒,并探讨了如何利用应变工程(Strain Engineering)调控界面处的自旋轨道耦合,以优化例如自旋电子器件中的自旋注入效率。 第五章:电化学界面与能量存储 在锂离子电池、固态电解质和燃料电池等能源器件中,电极/电解质界面是性能衰减和反应动力学的瓶颈。 固态电池界面稳定性: 深入探讨了锂金属负极与固体电解质(如硫化物、氧化物体系)接触界面的界面阻抗来源,包括固体电解质界面(SEI)或固体离子导体界面(SEI/SELI)的形成与生长机理。提出了通过界面缓冲层(如原子层沉积的超薄氧化物层)来抑制枝晶生长和提高界面离子电导率的策略。 催化反应界面: 对于电催化和光催化材料,本章分析了活性位点(Active Sites)的确定,以及如何通过表面缺陷工程和配体效应来调节催化剂表面的吸附能,从而优化氧还原反应(ORR)和析氢反应(HER)的过电位。 第六章:机械-功能耦合界面:疲劳与寿命 在结构材料和多功能复合材料中,机械载荷与功能响应之间的耦合至关重要。本章侧重于材料的疲劳过程与界面断裂力学。详细分析了层状复合材料中,层间结合强度(Interface Toughness)如何影响宏观的抗冲击性能和寿命预测。讨论了利用界面增韧机制,如裂纹偏转和桥接,来提高材料的断裂韧性。 第三部分:前沿应用与未来展望 本书的最后一部分将理论与技术应用于前沿领域,展望了未来材料科学的发展方向。 第七章:拓扑材料的界面拓扑保护 拓扑绝缘体和拓扑半金属因其独特的表面/界面态而备受关注。本章解释了拓扑保护的表面态的理论基础,并重点讨论了如何通过与传统材料的异质结构建,实现拓扑电荷的有效输运。深入研究了界面应力场如何影响狄拉克点或外尔点的能带拓扑性质,这对于设计低能耗的自旋电子器件具有指导意义。 第八章:智能与自适应界面材料 本章探讨了具有响应性或可重构界面的材料系统。包括形状记忆合金、相变材料以及光响应性超材料。重点分析了如何通过外部刺激(光、热、电场)触发界面的相变或构象变化,从而实现材料宏观属性的动态可调。这为开发软机器人、自修复涂层和动态光学器件提供了新思路。 结论与展望: 本书总结了界面调控在推动材料科学从“发现”走向“设计”过程中的核心地位。未来的挑战在于如何实现跨尺度的、高通量的界面预测与验证,以及如何将复杂的界面工程从实验室推向工业化规模生产。本书力求成为材料科学家、物理学家和化学工程师进行跨学科研究的坚实参考。

作者简介

[美] 理查德·C.耶格(Richard C. Jaeger) 美国佛罗里达大学电气工程专业博士,奥本大学电气与计算机工程系资深教授,1995年被任命为研究生院杰出导师,主要研究领域为固态电路和器件、电子封装、压阻应力传感器、低温电子设备、VLSI设计以及电子设备和电路中的噪声等。

[美] 特拉维斯·N.布莱洛克(Travis N. Blalock)美国弗吉尼亚大学电气与计算机工程系教授。

目录信息

第一部分
固态电子学与器件
第1章
电子学简介
1.1电子学发展简史: 从真空管到吉规模集成电路
1.2电信号的分类
1.2.1数字信号
1.2.2模拟信号
1.2.3A/D和D/A转换器——模拟与数字
信号的桥梁
1.3符号约定
1.4问题求解的方法
1.5电路理论的主要概念
1.5.1分压和分流
1.5.2戴维南定理和诺顿定理
1.6电信号的频谱
1.7放大器
1.7.1理想运算放大器
1.7.2放大器频率响应
1.8电路设计中元件参数的变化
1.8.1容差的数学模型
1.8.2最差情况分析
1.8.3蒙特卡洛分析
1.8.4温度系数
1.9数值精度
小结
关键词
参考文献
扩展阅读
习题
第2章
固态电子学
2.1固态电子材料
2.2共价键模型
2.3半导体中的漂移电流和迁移率
2.3.1漂移电流
2.3.2迁移率
2.3.3速度饱和
2.4本征硅的电阻率
2.5半导体中的杂质
2.5.1硅中的施主杂质
2.5.2硅中的受主杂质
2.6掺杂半导体中的电子和空穴浓度
2.6.1n型材料(ND>NA)
2.6.2p型材料(NA>ND)
2.7掺杂半导体中的迁移率和电阻率
2.8扩散电流
2.9总电流
2.10能带模型
2.10.1本征半导体中电子空穴对的产生
2.10.2掺杂半导体的能带模型
2.10.3补偿半导体
2.11集成电路制造综述
小结
关键词
参考文献
补充阅读
习题

第3章
固态二极管和二极管电路
3.1pn结二极管
3.1.1pn结静电学
3.1.2二极管内部电流
3.2二极管的iv特性
3.3二极管方程:二极管的数学模型
3.4二极管特性之反偏、零偏和正偏
3.4.1反偏
3.4.2零偏
3.4.3正偏
3.5二极管的温度系数
3.6反偏下的二极管
3.6.1实际二极管的饱和电流
3.6.2反向击穿
3.6.3击穿区的二极管模型
3.7pn结电容
3.7.1反偏
3.7.2正偏
3.8肖特基势垒二极管
3.9二极管的SPICE模型及版图
3.9.1二极管的版图
3.10二极管电路分析
3.10.1负载线分析法
3.10.2二极管数学模型分析法
3.10.3理想二极管模型
3.10.4恒压降模型
3.10.5模型比较与讨论
3.11多二极管电路
3.12二极管工作在击穿区域的分析
3.12.1负载线分析
3.12.2分段线性模型分析
3.12.3稳压器
3.12.4包含齐纳电阻的电路分析
3.12.5线性调整率和负载调整率
3.13半波整流电路
3.13.1带负载电阻的半波整流器
3.13.2整流滤波电容
3.13.3带RC负载的半波整流器
3.13.4纹波电压和导通期
3.13.5二极管电流
3.13.6浪涌电流
3.13.7额定峰值反向电压
3.13.8二极管功耗
3.13.9输出负电压的半波整流器
3.14全波整流电路
3.14.1输出负电压的全波整流器
3.15全波桥式整流
3.16整流器的比较及折中设计
3.17二极管的动态开关行为
3.18光电二极管、太阳能电池和发光二极管
3.18.1光电二极管和光探测器
3.18.2太阳能电池
3.18.3发光二极管(LED)
小结
关键词
参考文献
扩展阅读
习题
第4章
场效应晶体管
4.1MOS电容特性
4.1.1积累区
4.1.2耗尽区
4.1.3反型区
4.2NMOS晶体管
4.2.1NMOS晶体管的iv特性的定性描述
4.2.2NMOS晶体管的线性区特性
4.2.3导通电阻
4.2.4跨导
4.2.5iv特性的饱和
4.2.6饱和(夹断)区的数学模型
4.2.7饱和跨导
4.2.8沟道长度调制
4.2.9传输特性及耗尽型MOSFET
4.2.10体效应或衬底灵敏度
4.3PMOS晶体管
4.4MOSFET电路符号
4.5MOS晶体管的电容
4.5.1NMOS晶体管的线性区电容
4.5.2饱和区电容
4.5.3截止区电容
4.6SPICE中的MOSFET建模
4.7MOS晶体管的等比例缩放
4.7.1漏极电流
4.7.2栅极电容
4.7.3电流和功率密度
4.7.4功耗延迟积
4.7.5截止频率
4.7.6大电场限制
4.7.7包含高场限制的统一MOS晶体管模型
4.7.8亚阈值导通
4.8MOS晶体管的制造工艺及版图设计规则
4.8.1最小特征尺寸和对准容差
4.8.2MOS晶体管的版图
4.9NMOS场效应管的偏置
4.9.1为什么需要偏置
4.9.2四电阻偏置
4.9.3恒定栅源电压偏置
4.9.4Q点的图形分析
4.9.5包含体效应的分析
4.9.6使用统一模型进行分析
4.10PMOS场效应晶体管的偏置
4.11结型场效应管(JFET)
4.11.1偏压下的JFET
4.11.2漏源偏置下的JFET沟道
4.11.3n沟道JFET的iv特性
4.11.4p沟道JFET
4.11.5JFET的电路符号和模型小结
4.11.6JFET电容
4.12JFET的SPICE模型
4.13JFET和耗尽型MOSFET的偏置
小结
关键词
参考文献
习题
第5章
双极型晶体管
5.1双极型晶体管的物理结构
5.2npn晶体管的传输模型
5.2.1正向特性
5.2.2反向特性
5.2.3任意偏置条件下晶体管传输模型方程
5.3pnp晶体管
5.4晶体管传输模型的等效电路
5.5双极型晶体管的iv特性
5.5.1输出特性
5.5.2传输特性
5.6双极型晶体管的工作区
5.7传输模型的简化
5.7.1截止区的简化模型
5.7.2正向有源区的模型简化
5.7.3双极型集成电路中的二极管
5.7.4反向有源区的简化模型
5.7.5饱和区模型
5.8双极型晶体管的非理想特性
5.8.1结击穿电压
5.8.2基区的少数载流子传输
5.8.3基区传输时间
5.8.4扩散电容
5.8.5共发电流增益对频率的依赖性
5.8.6Early效应和Early电压
5.8.7Early效应的建模
5.8.8Early效应的产生原因
5.9跨导
5.10双极型工艺与SPICE模型
5.10.1定量描述
5.10.2SPICE模型方程
5.10.3高性能双极型晶体管
5.11BJT的实际偏置电路
5.11.1四电阻偏置网络
5.11.2四电阻偏置网络的设计目标
5.11.3四电阻偏置电路的迭代分析
5.12偏置电路的容差
5.12.1最差情况分析
5.12.2蒙特卡洛分析
小结
关键词
参考文献
习题

第二部分
数字电路
第6章
数字电路简介
6.1理想逻辑门
6.2逻辑电平定义和噪声容限
6.2.1逻辑电压电平
6.2.2噪声容限
6.2.3逻辑门的设计目标
6.3逻辑门的动态响应
6.3.1上升和下降时间
6.3.2传输延迟
6.3.3功耗延迟积
6.4布尔代数回顾
6.5NMOS逻辑设计
6.5.1带负载电阻的NMOS反相器
6.5.2开关晶体管MS的W/L比设计
6.5.3负载电阻设计
6.5.4负载线的可视化
6.5.5开关器件的导通电阻
6.5.6噪声容限分析
6.5.7VIL和VOH的计算
6.5.8 VIH和VOL的计算
6.5.9电阻器负载反相器噪声容限
6.5.10负载电阻问题
6.6晶体管替代负载电阻方案
6.6.1NMOS饱和负载反相器
6.6.2带线性负载设备的NMOS反相器
6.6.3带耗尽型负载的NMOS反相器
6.7NMOS反相器小结与比较
6.8速度饱和对静态设计的影响
6.8.1开关晶体管设计
6.8.2负载晶体管设计
6.8.3速度饱和影响小结
6.9NMOS与非门和或非门
6.9.1或非门
6.9.2与非门
6.9.3NMOS耗尽型工艺中的或非门及与
非门布局
6.10复杂NMOS逻辑设计
6.11功耗
6.11.1静态功耗
6.11.2动态功耗
6.11.3MOS逻辑门的功率缩放
6.12MOS逻辑门的动态特性
6.12.1逻辑电路中的电容
6.12.2带电阻性负载的NMOS反相器的
动态响应
6.12.3NMOS反相器延迟比较
6.12.4速度饱和对反相器延迟的影响
6.12.5基于参考电路仿真的缩放
6.12.6固有门延迟的环形振荡器测量法
6.12.7无负载反相器的延迟
6.13PMOS逻辑
6.13.1PMOS反相器
6.13.2与非门和或非门
小结
关键词
参考文献
补充阅读
习题
第7章
CMOS逻辑电路设计
7.1CMOS反相器
7.1.1CMOS反相器版图
7.2CMOS反相器的静态特性
7.2.1CMOS电压传输特性
7.2.2CMOS反相器的噪声容限
7.3CMOS反相器的动态特性
7.3.1传播延迟估计
7.3.2上升和下降时间
7.3.3按性能等比例缩放
7.3.4速度饱和效应对CMOS反相器延迟的
影响
7.3.5级联反相器延迟
7.4CMOS功耗及功耗延迟积
7.4.1静态功耗
7.4.2动态功耗
7.4.3功耗延迟积
7.5CMOS或非门和与非门
7.5.1CMOS或非门
7.5.2CMOS与非门
7.6CMOS复杂门电路设计
7.7逻辑门的最小尺寸设计及性能
7.8级联缓冲器
7.8.1级联缓冲器延迟模型
7.8.2最优级数
7.9CMOS传输门
7.10双稳态电路
7.10.1双稳态锁存器
7.10.2RS触发器
7.10.3采用传输门的D锁存器
7.10.4主从D触发器
7.11CMOS闩锁效应
小结
关键词
参考文献
扩展阅读
习题

第8章
MOS存储器及其电路
8.1随机存取存储器(RAM)
8.1.1RAM存储器架构
8.1.2256MB存储器芯片
8.2静态存储器单元电路
8.2.1内存单元的隔离和访问6T单元
8.2.2读操作
8.2.3向6T单元写数据
8.3动态存储单元电路
8.3.11T单元电路
8.3.21T单元的数据存储
8.3.31T单元的数据读取
8.3.44T单元电路
8.4感测放大器
8.4.16T单元的感测放大器
8.4.21T单元的感测放大器
8.4.3升压字线电路
8.4.4钟控CMOS感测放大器
8.5地址译码器
8.5.1或非门译码器
8.5.2与非门译码器
8.5.3传输管列译码器
8.6只读存储器(ROM)
8.7闪存
8.7.1浮栅技术
8.7.2NOR电路实现
8.7.3NAND电路实现
小结
关键词
参考文献
习题
第9章
双极型逻辑电路
9.1电流开关(发射极耦合对)
9.1.1电流开关静态特性的数学模型
9.1.2对于VI>VREF的电流开关分析
9.1.3VI
9.2发射极耦合逻辑(ECL)门
9.2.1VI = VH时的ECL门
9.2.2VI=VL时的ECL门
9.2.3ECL门的输入电流
9.2.4ECL小结
9.3ECL门的噪声容限分析
9.3.1VIL、VOH、VIH和VOL
9.3.2噪声容限
9.4电流源的实现
9.5ECL或或非门
9.6射极跟随器
9.6.1带有负载电阻的射极跟随器
9.7“发射极点接”或“线或”逻辑
9.7.1射极跟随器输出的并联连接
9.7.2线或逻辑函数
9.8ECL功耗延迟特性
9.8.1功耗
9.8.2门延迟
9.8.3功耗延迟积
9.9正射极耦合逻辑电平(PECL)
9.10电流模逻辑(CML)
9.10.1CML逻辑门
9.10.2CML逻辑电平
9.10.3VEE供电电压
9.10.4高电平CML
9.10.5降低CML功耗
9.10.6源极耦合FET逻辑(SCFL)
9.11饱和双极型反相器
9.11.1静态反相器特性
9.11.2双极型晶体管的饱和电压
9.11.3负载线可视化
9.11.4饱和BJT的开关特性
9.12晶体管晶体管逻辑(TTL)
9.12.1VI =VL时的TTL反相器分析
9.12.2VI= VH时的TTL反相器分析
9.12.3功耗
9.12.4TTL传播延迟和功率延迟积
9.12.5TTL的电压传输特性和噪声容限
9.12.6标准TTL的扇出限制
9.13TTL中的逻辑函数
9.13.1多发射极输入晶体管
9.13.2TTL与非门
9.13.3输入钳位二极管
9.14肖特基钳位TTL
9.15ECL和TTL的功耗延迟对比
9.16BiCMOS逻辑
9.16.1BiCMOS缓冲器
9.16.2BiNMOS反相器
9.16.3BiCMOS逻辑门
小结
关键词
参考文献
补充阅读
习题
第三部分
模拟电路
第10章
模拟系统和理想运算放大器
10.1模拟电子系统示例
10.2放大作用
10.2.1电压增益
10.2.2电流增益
10.2.3功率增益
10.2.4分贝
10.3放大器的二端口模型
10.3.1g参数
10.4源和负载电阻的失配
10.5运算放大器简介
10.5.1差分放大器
10.5.2差分放大器的电压传输特性
10.5.3电压增益
10.6放大器的失真
10.7差分放大器模型
10.8理想差分放大器和运算放大器
10.8.1理想运算放大器分析中的假设
10.9理想运算放大器电路的分析
10.9.1反相放大器
10.9.2互阻放大器——电流/电压转换器
10.9.3同相放大器
10.9.4单位增益缓冲器或电压跟随器
10.9.5求和放大器
10.9.6差分放大器
10.10反馈放大器的频率特性
10.10.1伯德图
10.10.2低通放大器
10.10.3高通放大器
10.10.4带通放大器
10.10.5有源低通滤波器
10.10.6有源高通滤波器
10.10.7积分器
10.10.8微分器
小结
关键词
参考文献
补充阅读
习题
第11章
非线性运算放大器和反馈放大器的稳定性
11.1经典反馈系统
11.1.1闭环增益分析
11.1. 2增益误差
11.2含有非理想运算放大器的电路分析
11.2.1有限开环增益
11.2.2非零输出电阻
11.2.3有限输入电阻
11.2.4非理想反相和同相放大器小结
11.3串联反馈和并联反馈电路
11.3.1反馈放大器类型
11.3.2电压放大器——电压串联反馈
11.3.3跨阻放大器——电压并联反馈
11.3.4电流放大器——电流并联反馈
11.3.5跨导放大器——电流串联反馈
11.4反馈放大器计算的统一方法
11.4.1闭环增益分析
11.4.2利用Blackman理论计算电阻
11.5电压串联反馈放大器——电压放大器
11.5.1闭环增益计算
11.5.2输入电阻计算
11.5.3输出电阻计算
11.5.4电压串联反馈放大器小结
11.6电压并联反馈放大器——跨阻放大器
11.6.1闭环增益分析
11.6.2输入电阻计算
11.6.3输出电阻计算
11.6.4电压并联反馈放大器小结
11.7电流串联反馈放大器——跨导放大器
11.7.1闭环增益计算
11.7.2输入电阻计算
11.7.3输出电阻计算
11.7.4电流串联反馈放大器小结
11.8电流并联反馈放大器——电流放大器
11.8.1闭环增益计算
11.8.2输入电阻计算
11.8.3输出电阻计算
11.8.4电流并联反馈放大器总结
11.9使用持续电压和电流注入法计算回路增益
11.9.1简化
11.10利用反馈减小失真
11.11直流误差源和输出摆幅限制
11.11.1输入失调电压
11.11.2失调电压调节
11.11.3输入偏置电流和输入失调电流
11.11.4输出电压和电流限制
11.12共模抑制比和输入电阻
11.12.1有限共模抑制比
11.12.2共模抑制比的重要性
11.12.3由CMRR产生的电压跟随器增益误差
11.12.4共模输入电阻
11.12.5CMRR的另一种解释
11.12.6电源抑制比
11.13运算放大器的频率响应和带宽
11.13.1同相放大器的频率响应
11.13.2反相放大器的频率响应
11.13.3利用反馈控制频率响应
11.13.4大信号限制——摆率和满功率带宽
11.13.5运算放大器频率响应的宏模型
11.13.6运算放大器的SPICE宏模型
11.13.7通用运算放大器实例
11.14反馈放大器的稳定性
11.14.1奈奎斯特图
11.14.2一阶系统
11.14.3二阶系统和相位裕度
11.14.4阶跃响应和相位裕度
11.14.5三阶系统和增益裕度
11.14.6根据伯德图判断稳定性
小结
关键词
参考文献
习题
第12章
运算放大器应用
12.1级联放大器
12.1.1二端口表示
12.1.2放大器专有名词回顾
12.1.3级联放大器的频率响应
12.2仪表放大器
12.3有源滤波器
12.3.1低通滤波器
12.3.2带增益的高通滤波器
12.3.3带通滤波器
12.3.4灵敏度
12.3.5幅值和频率缩放
12.4开关电容电路
12.4.1开关电容积分器
12.4.2同相SC积分器
12.4.3开关电容滤波器
12.5数/模转换
12.5.1数/模转换器基础
12.5.2数/模转换器误差
12.5.3数/模转换电路
12.6模/数转换
12.6.1模/数转换器基础
12.6.2模/数转换器误差
12.6.3基本模/数转换技术
12.7振荡器
12.7.1振荡的巴克豪森准则
12.7.2带频率选择RC网络的振荡器
12.8非线性电路的应用
12.8.1精密半波整流器
12.8.2非饱和的精准整流电路
12.9正反馈电路
12.9.1比较器和施密特触发器
12.9.2非稳态多谐振荡器
12.9.3单稳态多谐振荡器或单稳态电路
小结
关键词
参考文献
习题
第13章
小信号建模与线性放大
13.1晶体管放大器
13.1.1BJT放大器
13.1.2MOSFET放大器
13.2耦合电容和旁路电容
13.3用直流和交流等效电路进行电路分析
13.3.1直流和交流分析步骤
13.4小信号模型简介
13.4.1二极管小信号行为的图形解释
13.4.2二极管的小信号建模
13.5双极型晶体管的小信号模型
13.5.1混合π模型
13.5.2图解跨导
13.5.3小信号电流增益
13.5.4BJT的固有电压增益
13.5.5小信号模型的等效形式
13.5.6简化的混合π模型
13.5.7双极型晶体管的小信号定义
13.5.8pnp晶体管的小信号模型
13.5.9用SPICE进行交流分析和瞬态分析的对比
13.6共射极放大器
13.6.1端电压增益
13.6.2输入电阻
13.6.3信号源电压增益
13.7重要限制及模型简化
13.7.1共射极放大器的设计指导
13.7.2共射极增益的上限
13.7.3共射极放大器的小信号限制
13.8场效应晶体管的小信号模型
13.8.1MOSFET的小信号模型
13.8.2MOSFET的本征电压增益
13.8.3MOSFET小信号工作的定义
13.8.4四端MOSFET中的体效应
13.8.5PMOS晶体管的小信号模型
13.8.6结型场效应晶体管(JFET)的小信号
模型
13.9BJT和FET小信号模型小结与对比
13.10共源极放大器
13.10.1共源极端电压增益
13.10.2共源极放大器的信号源电压增益
13.10.3共源极放大器的设计指导
13.10.4共源极放大器的小信号限制
13.10.5共射极放大器和共源极放大器的
输入电阻
13.10.6共射极和共源极的输出电阻
13.10.7三个放大器实例的比较
13.11共射极放大器和共源极放大器小结
13.11.1可忽略晶体管输出电阻的指南
13.12放大器功率和信号范围
13.12.1功耗
13.12.2信号范围
小结
关键词
习题
第14章
单晶体管放大器
14.1放大器分类
14.1.1双极型晶体管的信号注入和抽取
14.1.2场效应管的信号注入和抽取
14.1.3共发射极(CE)和共源极(CS)
放大器
14.1.4共集电极(CC)和共漏极(CD)
拓扑图
14.1.5共基极(CB)和共栅极(CG)
放大器
14.1.6小信号模型回顾
14.2反相放大器——共射极和共源极电路
14.2.1共发射极(CE)放大器
14.2.2共发射极实例的比较
14.2.3共源极放大器
14.2.4共源极放大器的小信号范围
14.2.5共发射极和共源极放大器特性
14.2.6CE/CS放大器小结
14.2.7通用CE/CS晶体管的等效
晶体管表示
14.3跟随器电路——共集电极和共漏极放大器
14.3.1端电压增益
14.3.2输入电阻
14.3.3信号源电压增益
14.3.4跟随器信号范围
14.3.5跟随器的输出电阻
14.3.6电流增益
14.3.7CC/CD放大器小结
14.4同相放大器——共基极和共栅极电路
14.4.1端电压增益和输入电阻
14.4.2信号源电压增益
14.4.3输入信号范围
14.4.4集电极和漏极端的电阻
14.4.5电流增益
14.4.6同相放大器的总体输入和输出电阻
14.4.7CB/CG放大器小结
14.5放大器原型回顾和比较
14.5.1双极型晶体管放大器
14.5.2FET放大器
14.6采用MOS反相器的共源极放大器
14.6.1电压增益估算
14.6.2详细分析
14.6.3其他可选负载
14.6.4输入和输出电阻
14.7耦合和旁路电容设计
14.7.1共发射极和共源极放大器
14.7.2共集电极和共漏极放大器
14.7.3共基极和共栅极放大器
14.7.4设置下限截止频率fL
14.8放大器设计实例
14.8.1共基极放大器设计的蒙特卡洛分析
14.9多级交流耦合放大器
14.9.1三级交流耦合放大器
14.9.2电压增益
14.9.3输入电阻
14.9.4信号源的电压增益
14.9.5输出电阻
14.9.6电流和功率增益
14.9.7输入信号范围
14.9.8估算多级放大器的截止频率下限
小结
关键词
扩展阅读
习题

第15章
差分放大器和运算放大器设计
15.1差分放大器
15.1.1双极型和MOS差分放大器
15.1.2双极型差分放大器的直流分析
15.1.3双极型差分放大器的传输特性
15.1.4双极型差分放大器的交流分析
15.1.5差模增益以及输入和输出电阻
15.1.6共模增益和输入电阻
15.1.7共模抑制比(CMRR)
15.1.8差模和共模的半电路分析
15.1.9电流源的偏置
15.1.10在SPICE中为电子电流源建模
15.1.11MOSFET差分放大器的直流分析
15.1.12差模输入信号
15.1.13MOS差分放大器的小信号传输特性
15.1.14共模输入信号
15.1.15差分对模型
15.2基本运算放大器的演进
15.2.1运算放大器的两级原型
15.2.2提高运算放大器的电压增益
15.2.3达林顿对
15.2.4减小输出电阻
15.2.5CMOS运算放大器原型
15.2.6BiCMOS放大器
15.2.7全晶体管实现电路
15.3输出级
15.3.1源极跟随器——A类输出级
15.3.2A类放大器的效率
15.3.3B类推挽输出级
15.3.4AB类放大器
15.3.5运算放大器的AB类输出级
15.3.6短路保护
15.3.7变压器耦合
15.4电子电流源
15.4.1单晶体管电流源
15.4.2电路源的品质因数
15.4.3高输出电阻电流源
15.4.4电流源设计实例
小结
关键词
参考文献
补充阅读
习题
第16章
模拟集成电路设计技术
16.1电路元件匹配
16.2电流镜
16.2.1MOS晶体管电流镜的直流分析
16.2.2改变MOS镜像比率
16.2.3双极型晶体管电流镜的直流分析
16.2.4改变BJT电流镜的镜像比率
16.2.5多级电流源
16.2.6缓冲电流镜
16.2.7电流镜像的输出阻抗
16.2.8电流镜的二端口模型
16.2.9Widlar电流源
16.2.10MOS管Widlar电流源
16.3高输出电阻电流镜
16.3.1Widlar电流源
16.3.2Wilson电流源的输出电阻
16.3.3Cascode电流源
16.3.4Cascode电流源的输出电阻
16.3.5可调Cascode电流源
16.3.6电流镜小结
16.4参考电流的产生
16.5与电源电压无关的偏置
16.5.1基于VBE的参考源
16.5.2Widlar电流源
16.5.3与电源电压无关的偏置单元
16.5.4与电源电压无关的MOS参考单元
16.6带隙基准源
16.7电流镜作为有源负载
16.7.1带有源负载的CMOS差分放大器
16.7.2带有源负载的双极差分放大器
16.8运算放大器中的源负载
16.8.1CMOS运算放大器电压增益
16.8.2直流设计注意事项
16.8.3双极型运算放大器
16.8.4输入级击穿
16.9μA741运算放大器
16.9.1电路总体工作原理
16.9.2偏置电路
16.9.3μA741输入级的直流分析
16.9.4μA741输入级的交流分析
16.9.5整体放大器的电压增益
16.9.6μA741的输出级
16.9.7输出阻抗
16.9.8短路保护电路
16.9.9μA741运算放大器特性小结
16.10Gilbert模拟乘法器
小结
关键词
参考文献
习题
第17章
放大器频率响应
17.1放大器频率响应
17.1.1低频响应
17.1.2缺少主极点情况下估算ωL
17.1.3高频响应
17.1.4缺少主极点情况下估算ωH
17.2直接确定低频极点和零点——共源放大器
17.3用短路时间常数法估算ωL的值
17.3.1估算共发射极放大器的ωL
17.3.2估算共源极放大器的ωL
17.3.3估算共基极放大器的ωL
17.3.4估算共栅极放大器的ωL
17.3.5估算共集电极放大器的ωL
17.3.6估算共漏极放大器的ωL
17.4高频晶体管模型
17.4.1双极型晶体管与频率相关的混合π模型
17.4.2在SPICE中对Cπ和Cμ建模
17.4.3单位增益频率fT
17.4.4FET的高频模型
17.4.5运用SPICE为CGS和CGD建模
17.4.6fT与沟道长度的关系
17.4.7高频模型的局限性
17.5混合π模型中的基区电阻
17.5.1基区电阻对中频放大器的影响
17.6共发射极和共源极放大器的高频响应
17.6.1密勒效应
17.6.2共发射极和共源极放大器的高频响应
17.6.3共发射极放大器传输特性的直接分析
17.6.4共发射极放大器的极点
17.6.5共源极放大器的主极点
17.6.6用开路时间常数法估算ωH
17.6.7包含源极衰减电阻的共源放大器
17.6.8包含发射极衰减电阻的共发射极放大器
的极点
17.7共基极和共栅极放大器的高频响应
17.8共集电极和共漏极放大器的高频响应
17.8.1互补射极跟随器的频率响应
17.9单级放大器高频响应小结
17.9.1放大器的增益带宽限制
17.10多级放大器的频率响应
17.10.1差分放大器
17.10.2共集电极/共基极串联
17.10.3Cascode放大器的高频响应
17.10.4电流镜的截止频率
17.10.5三级放大器实例
17.11射频电路介绍
17.11.1射频放大器
17.11.2并联峰化放大器
17.11.3单级调谐放大器
17.11.4抽头电感的运用——自耦变压器
17.11.5多级调谐电路——同步调谐和参差
调谐
17.11.6包含衰减电感的共源放大器
17.12混频器和平衡调制器
17.12.1混频器工作原理简介
17.12.2单平衡混频器
17.12.3差分对实现的单平衡混频器
17.12.4双平衡混频器
17.12.5JONES混频器——双平衡混频器/调制器
小结
关键词
参考文献
习题
第18章
晶体管反馈放大器与振荡器
18.1基本反馈系统回顾
18.1.1闭环增益
18.1.2闭环阻抗
18.1.3反馈的作用
18.2反馈放大器的中频分析
18.2.1闭环增益
18.2.2输入电阻
18.2.3输出电阻
18.2.4偏移电压计算
18.3反馈放大器电路举例
18.3.1串并反馈(电压串联反馈) ——电压
放大器
18.3.2差分输入串并电压放大器
18.3.3并并反馈(电压并联反馈)—— 跨阻
放大器
18.3.4串串反馈(电流串联反馈)——跨导
放大器
18.3.5并串反馈(电流并联反馈)——电流
放大器
18.4反馈放大器稳定性回顾
18.4.1未补偿放大器的闭环响应
18.4.2相位裕度
18.4.3高阶效应
18.4.4补偿放大器响应
18.4.5小信号限制
18.5单极点运算放大器补偿
18.5.1三级运放分析
18.5.2场效应管运放的传输零点
18.5.3双极性放大器补偿
18.5.4运算放大器的摆率
18.5.5摆率与增益带宽积之间的关系
18.6高频振荡器
18.6.1Colpitts 振荡器
18.6.2Hartley 振荡器
18.6.3LC振荡器的幅值稳定
18.6.4振荡器中的负阻
18.6.5负Gm振荡器
18.6.6晶体振荡器
小结
关键词
参考文献
习题
附录
附录A标准离散元件参数
附录B固态器件模型及SPICE 仿真参数
附录C二端口网络回顾
· · · · · · (收起)

读后感

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用户评价

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这本书的语言风格非常独特,既有学术的严谨性,又不失工程的实用性。作者在讲解各种电路设计方法时,往往会先介绍其基本原理,然后深入分析其优缺点,最后给出如何在实际应用中进行优化和改进的建议。我特别欣赏作者在分析MOSFET作为开关时的非理想效应,例如阈值电压的偏移、栅漏电容的影响、以及在快速开关过程中产生的瞬态电流等,这些细节往往是影响数字电路性能的关键因素。对于模拟电路部分,书中对各种滤波器(包括巴特沃斯、切比雪夫、贝塞尔滤波器等)的设计和仿真都有详细的讲解,并且还介绍了如何利用电路参数的调整来满足特定的频率响应要求。在数字电路设计方面,书中对异步电路和同步电路的比较、亚稳态现象的产生原因和避免方法、以及各种时序优化技术都进行了深入的探讨。这本书让我不仅学到了技术知识,更重要的是学会了如何从工程师的角度去思考问题,如何权衡各种设计指标,如何在高复杂度的系统中找到最优的解决方案。

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这本书的价值远不止于对微电子电路设计的技术解析,它更像是一堂关于“工程思维”的实践课。作者在讲解每一个电路模块时,都不仅仅停留在理论层面,而是深入探讨了在实际应用中可能遇到的各种挑战,以及如何通过精巧的设计来克服这些挑战。例如,在讨论低噪声放大器(LNA)的设计时,作者详细分析了噪声源的种类和影响,并提出了多种降低噪声的有效策略,包括选择合适的晶体管、优化偏置点、采用差分结构等。对于射频收发器中的关键模块,如混频器、功率放大器、锁相环等,作者都进行了深入的分析,并结合了大量的工程实例,展示了如何在有限的资源下实现高性能的设计。在数字电路方面,除了对逻辑设计和时序分析的详细讲解,书中还涉及了版图设计规则、寄生效应分析、以及如何进行可制造性设计(DFM),这些都是保障芯片成功流片和量产的关键因素。作者通过讲解这些内容,让我深刻理解到,微电子电路设计是一门系统工程,需要综合考虑器件、电路、系统以及制造等多个层面的因素。

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坦白说,在翻开这本书之前,我对于“微电子电路设计”这个概念只停留在一些模糊的印象中,认为它离我所从事的软件开发领域十分遥远。然而,这本书以其极具吸引力的叙事方式和丰富多彩的案例,彻底改变了我的看法。它并没有一开始就抛出晦涩难懂的公式和图表,而是从我们生活中熟悉的电子产品入手,比如智能手机、电脑芯片,然后再娓娓道来这些产品的核心是如何被创造出来的。我特别喜欢作者在讲解模拟电路设计时,引入的各种比喻和类比,将复杂的概念变得生动易懂。例如,在解释差分放大器的共模抑制比时,作者用了一个非常形象的比喻,让我立刻就理解了其工作原理。而对于数字电路部分,作者对时序分析的讲解更是让我耳目一新,清晰地解释了建立时间和保持时间的概念,以及时钟偏移和时钟抖动对电路性能的影响,这些都是我在进行嵌入式系统软件调优时经常会遇到的问题,原来根源在这里。更难得的是,书中还涉及了EDA工具的使用和流程,虽然没有具体的手把手教学,但对整个流程的介绍,让我对这个行业有了更宏观的认识,也为我未来可能接触到的硬件开发方向打下了基础。

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这本书的内容实在是太渊博了,简直就像打开了一个新世界的大门。从最基础的半导体物理原理,到各种晶体管的结构和特性,再到放大器、振荡器、滤波器等核心模拟电路模块的设计与分析,都讲解得淋漓尽致。作者的逻辑性非常强,循序渐进,即使是对微电子领域了解不多的读者,也能在细致的讲解下逐步掌握核心概念。尤其是在讨论CMOS技术在数字电路设计中的应用时,作者深入浅出地剖析了各种逻辑门、触发器、时序电路的实现方式,以及功耗、速度、面积之间的权衡。我印象最深的是关于亚阈值区操作和低功耗设计的部分,这对于我目前正在进行的一些嵌入式系统项目至关重要,它提供的多种优化策略和实际案例分析,让我茅塞顿开,解决了之前一直困扰我的功耗问题。书中关于版图设计和可制造性设计(DFM)的内容也极具价值,这往往是许多理论书籍中容易被忽略但又至关重要的环节。作者通过大量的图示和表格,清晰地展示了版图规则、寄生效应的分析以及如何进行优化以提高良率。感觉像是有一位经验丰富的老师在旁边手把手地指导,每一个细节都考虑到了。

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我之前是一名电子工程专业的学生,在校期间也接触过不少关于电路设计的书籍,但真正能让我感受到“醍醐灌顶”的,还是这本《深入理解微电子电路设计》。它不仅仅是一本教科书,更是一本集理论、实践、案例于一体的宝典。作者在讲解模拟电路时,对各种寄生效应的分析和处理技巧尤为精辟,例如在讲解高频电路设计时,对传输线效应、电感和电容的寄生影响以及如何通过阻抗匹配来解决这些问题,都进行了非常深入的探讨。对于射频电路设计,书中对低噪声放大器(LNA)、混频器、功率放大器(PA)等关键模块的设计原理和优化方法都有详尽的介绍,并且结合了大量的实际案例,这让我对射频前端的设计有了更清晰的认识。在数字电路方面,除了对逻辑综合、时序分析、功耗管理等方面的深入讲解,书中还对物理设计流程,包括版图设计、布线、时钟树综合(CTS)等进行了详细的介绍,这让我对整个芯片设计流程有了更全面的了解。

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这套书的深度和广度都令人惊叹,每一页都蕴含着作者多年积累的宝贵经验。从最基础的器件物理特性,比如MOSFET的沟道长度调制效应、体效应、以及不同工艺下的漏电流模型,到高级的电路设计技术,例如频率合成器、锁相环(PLL)的设计与分析,都讲解得极为透彻。我特别欣赏作者在讲解模拟电路时,对各种失真机制的深入剖析,包括谐波失真、互调失真,以及如何通过电路拓扑和偏置点的选择来减小这些失真。对于射频电路设计部分,作者对阻抗匹配、功率放大器设计、低噪声放大器设计等关键技术都有着独到的见解,并提供了大量的优化技巧。另外,书中对数字集成电路设计流程的阐述也非常全面,从RTL编码、逻辑综合、静态时序分析(STA)、功耗分析,到物理设计、时序收敛,每一个环节都进行了详细的介绍,并且强调了各个环节之间的协同作用。作者在讲解时,大量引用了工业界的实际案例和专利技术,这使得书中内容更具前瞻性和实用性,也让我看到了理论知识在实际工程中的巨大价值。

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作为一名初入微电子设计领域的学习者,我一直渴望找到一本能够系统性地梳理知识体系的书籍,而这本《深入理解微电子电路设计》恰恰满足了我的需求。它从最基础的半导体器件物理入手,逐步深入到各种模拟和数字电路的设计与分析。作者的讲解风格非常严谨,逻辑性强,循序渐进。我印象特别深刻的是,在讲解MOSFET的各种工作区域时,作者不仅给出了精确的数学模型,还用大量的图示和实验数据来辅助说明,这使得我能够更直观地理解器件的特性。在模拟电路设计方面,作者对各种放大器、滤波器、振荡器的原理和设计方法都有详尽的阐述,并且重点突出了在实际设计中需要考虑的各种非理想因素,例如噪声、失配、温度漂移等。对于数字电路设计,书中对组合逻辑和时序逻辑的设计、时序分析、功耗优化等方面都进行了深入的讲解,并且结合了当前主流的CMOS工艺技术。书中的很多例子都来源于实际的工业设计,这使得我能够更好地将理论知识应用到实践中。

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我一直对集成电路设计领域充满好奇,但许多书籍的门槛都比较高,让我望而却步。直到我遇到了这本《深入理解微电子电路设计》,它以其清晰的结构和易于理解的语言,为我打开了通往微电子世界的大门。作者的讲解方式非常注重基础概念的建立,从最根本的半导体物理知识讲起,然后逐步过渡到各种晶体管的特性和模型。在模拟电路部分,作者对基本放大器、差分放大器、共模反馈电路等的讲解都非常细致,并且通过丰富的图例,让复杂的电路原理变得直观易懂。我特别喜欢书中关于噪声分析的章节,作者用非常清晰的方式解释了不同类型的噪声及其来源,以及如何在电路设计中尽量减小它们的影响。对于数字电路,书中对组合逻辑和时序逻辑的设计原理、状态机设计、时序约束等方面都有深入的讲解,并且对CMOS逻辑门的设计和优化也有详细的阐述。这本书的价值在于,它不仅仅提供了技术知识,更重要的是培养了学习者严谨的逻辑思维和解决问题的能力,这对于任何从事工程技术的人来说都至关重要。

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我之前也读过一些关于电子电路的书籍,但真正能让我产生“豁然开朗”感觉的,这本书无疑是其中翘楚。它不仅仅是一本技术手册,更像是一位经验丰富的工程师在分享他的设计哲学和实践心得。作者在讲解模拟电路时,非常注重原理和应用的结合,例如在分析运算放大器时,不仅讲解了它的内部结构和增益、带宽等参数,还结合实际应用场景,演示了如何用它构建滤波器、积分器等功能电路,并分析了不同应用场景下的设计考量。对于数字电路部分,作者对时序逻辑的设计原理和实现方法进行了深入的探讨,从基本的触发器到复杂的流水线设计,都讲解得非常细致。我尤其喜欢书中关于状态机设计的章节,作者提供了多种实现方法,并分析了它们的优缺点,这对于我编写嵌入式系统的控制逻辑非常有启发。此外,书中还包含了一些关于测试和验证的内容,这在实际的芯片设计流程中是至关重要的一环,作者通过讲解一些常见的测试方法和电路,让我对如何保证芯片的质量有了更深入的理解。

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坦白说,在接触这本《深入理解微电子电路设计》之前,我对微电子这个领域知之甚少,觉得它离我的日常工作非常遥远。但这本书的精彩之处在于,它能够将那些看似高深莫测的技术,用一种非常接地气的方式呈现出来。作者在讲解模拟电路时,并没有一上来就抛出复杂的公式,而是从一些基本概念入手,例如电荷、电流、电压,然后逐步引导读者理解晶体管是如何工作的,以及如何利用它们构建放大器、滤波器等基本模块。我尤其喜欢书中关于功耗优化的章节,作者详细介绍了各种低功耗设计技术,例如时钟门控、电源门控、多电压域设计等,并结合实际案例分析了它们在降低功耗方面的效果。在数字电路方面,书中对RTL设计、逻辑综合、时序分析、以及功耗分析等进行了详细的介绍,并且对CMOS工艺在数字电路实现中的关键作用也进行了阐述。更令我惊喜的是,这本书还涉及了EDA工具的使用流程和一些基础的物理设计知识,这让我对整个集成电路设计流程有了更宏观的认识,也为我未来可能深入学习硬件设计打下了坚实的基础。

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